JP2018521823A - 輸液ポンプ用磁式圧力感知システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は概して、患者への流動食及び薬物の制御送達のための輸液ポンプに関する。より具体的には、本発明は、輸液ポンプに接続された投与セットのチューブ内の流圧を測定するための磁式システムに関する。
プログラム可能な輸液ポンプは、経腸摂食のための流動食、及び様々な目的、例えば疼痛管理のための薬物の制御送達を行うために使用されている。一般的な構成では、輸液ポンプは、ポンプによって取り外し可能に受けられるカセットと、カセットに接続された、ポンプを通る流体送達経路を提供するための可撓性チューブとを含む、使い捨ての投与セットを受ける。
投与セットは、ポンプのロータ機構に巻き付くチューブのポンピングセグメントを含んでもよく、カセットは、チューブセグメントの両端が接続される一対のチューブ接続具を含んでもよい。ロータ機構は、ロータが回転して蠕動様式で流体をチューブに漸進的に押し通す際にチューブセグメントを変形させるピンチローラ又は指部を有してもよい。カセットは、流体源から流体を運ぶ流入チューブと、患者につながった流出チューブとを接続するための、もう一対のチューブ接続具を有してもよい。結果として、流入チューブからチューブセグメントを通って流出チューブに至る流路が提供される。
上述のタイプの輸液ポンプは、投与セットのチューブ内の流圧を測定するように配置された1つ以上の圧力センサを含んでもよい。流圧の予期せぬ変化は、チューブ内の閉塞が患者への食物又は薬物の送達を遮断している等の危険な状態を示し得るため、圧力感知は重要な安全機能である。一般的な構成では、ポンプは、ポンピング機構(例えば、蠕動ロータ)から上流に位置付けられた上流圧力センサと、ポンピング機構から下流に位置付けられた下流圧力センサとを有してもよい。圧力センサから上流の位置で閉塞が生じた場合、真空状態が作り出され、センサ位置でチューブを収縮させる。反対に、圧力センサから下流の位置で閉塞が生じた場合、流圧が高まり、センサ位置でチューブを拡張させる。光学式、磁式、超音波式、及びロードセル式の変換器を含む多様な変換器技術を使用してチューブの収縮及び拡張を検出することによって圧力を測定するための様々なタイプの圧力センサが知られている。
特に磁式圧力センサに関しては、チューブの収縮及び拡張に応答して移動するように配置された磁石と、磁石の磁場の強度に比例した出力電圧信号を生成するように配置された対応するホール効果センサとを提供することが知られている。磁石がホール効果センサの近くに移動するにつれて、電圧信号は増加し、磁石がホール効果センサから離れる方向に移動するにつれて、電圧信号は減少する。上述のタイプの磁式圧力センサは、製造及び輸液ポンプへの組み込みを行うのに経済的である。しかしながら、このような磁式センサは、圧力センサの磁石の対象の磁場に関係のない周囲磁場にポンプが近接しているとき、不正確になりやすい。例えば、輸液ポンプが使用者の背荷物又は手荷物中で別々に運ばれている場合、それは、磁式玩具又は手荷物の磁式ラッチに近接する場合がある。病院又は住居環境内の周囲磁場源の近くでポンプが使用される可能性もある。不正確な測定は、患者の輸液プロトコル及び医療スタッフを混乱させる誤った閉塞アラームを引き起こし得る。不正確な圧力測定は、閉塞が実際に存在するときに閉塞アラームの失報を招く場合もあり、この状況は患者の安全にとって深刻な結果をもたらし得る。
圧力測定に影響し得る対象外の周囲磁場の可能性を考慮する輸液ポンプ用の磁式圧力センサシステムが必要とされている。
輸液ポンプに接続されたチューブを通して流体をポンピングするように動作可能であり、かつチューブの閉塞を検出するための1つ以上の磁式圧力センサを有する輸液ポンプが、周囲磁場の影響を軽減するための修正処置が講じられ得るように、圧力測定値に影響する周囲磁場を検出するように配置された少なくとも1つの二次(secondary)ホール効果センサと共に提供される。
本発明は、チューブ内の流圧を測定するための少なくとも1つの圧力センサを備える輸液ポンプであって、この圧力センサが、チューブの径方向の収縮及び拡張に応答して移動するように配置された磁石と、磁場強度を測定する対応する一次ホール効果センサとを含み、一次(primary)ホール効果センサによって検出することのできる輸液ポンプ付近の周囲磁場を検出するように配置された少なくとも1つの二次ホール効果センサを更に備える、輸液ポンプによって具現することができる。
特定の実施形態では、上流磁式圧力センサ及び下流磁式圧力センサを有する輸液ポンプは、それぞれ上流及び下流の圧力センサの近くに位置する、一対の対応する二次ホール効果センサを備える。
以降、添付の図面を参照しつつ、続く本発明の詳細な説明において、本発明の特質及び動作形態をより詳細に説明する。
図1は、ドアの片側のヒンジ13及びドアの反対側の解放式ラッチ15によってポンプ10に接続されたドア11を有する輸液ポンプ10を示す。投与セット12は、ポンプ10内で取り外し可能に受けられる。投与セット12は、流入接続具16と、流入接続具16に流体連通した上流ポンピングセグメント接続具18と、下流ポンピングセグメント接続具20と、下流ポンピングセグメント接続具20に流体連通した流出接続具22とを有する、カセット14を含む。投与セット12は、一端が流入接続具16と嵌合し、反対端(図示せず)が流体源に接続された流入チューブ24と、一端が流出接続具22に接続され、反対端(図示せず)が患者に接続された流出チューブ26とを更に含んでもよい。最後に、投与セット14は、一端が上流ポンピングセグメント接続具18と嵌合し、反対端が下流ポンピングセグメント接続具20と嵌合した、チューブのポンピングセグメント28を更に含んでもよい。
例示した実施形態において、ポンプ10は、ポンピング機構として機能するモータ駆動式ロータ30を有する回転蠕動ポンプであり、ポンピングセグメント28はロータ30に巻き付けられ、ロータが回転する際に、ロータ30上の角度を成して離間したローラに係合されて、投与セット12のチューブに液体を押し通す蠕動ポンピング動作を提供する。図1を参照することで理解され得るように、ロータ30は、反時計方向に回転し、液体は、流入チューブ24から流入接続具16及び上流ポンピングセグメント接続具18を通ってポンピングセグメント28に、そしてポンピングセグメント28から下流ポンピングセグメント接続具20及び流出接続具22を通って流出チューブ26に移動する。本発明は、ロータポンピング機構を有する回転蠕動ポンプという観点から説明されるが、本発明は、このタイプの輸液ポンプに限定されない。
図2〜4に最も良好に見られるように、輸液ポンプ10は、上流圧力センサ32及び下流圧力センサ34を備える。上流圧力センサ32は、チューブのポンピングセグメント28内の流圧を測定するためのポンピング機構(例えば、ロータ30)から上流で、上流ポンピングセグメント接続具18とロータ30との間の位置に配置されている。下流圧力センサ34は、チューブセグメント28内の流圧を測定するためのロータ30から下流で、ロータ30と下流ポンピングセグメント接続具20との間の位置に配置されている。圧力センサ32及び34は磁式圧力センサであり、図3及び4に詳細に例示したものと同様の構造を有し得る。各圧力センサ32、34は、対象の磁場を有する永久磁石36及び一次ホール効果センサ38を含んでもよく、磁石36は、チューブセグメント28の径方向の収縮及び拡張に応答して一次ホール効果センサ38に対して相対的に移動するように配置されている。例えば、磁石36は、チューブセグメント28が径方向に収縮すると、図3及び4において上向きの一次ホール効果センサ38から離れる方向に磁石36が移動し、チューブセグメント28が径方向に拡張すると、図3及び4において下向きかつ一次ホール効果センサ38に向かって磁石36が移動するような、チューブセグメント28の外壁表面と応答性のある関係を維持するように、ばねによって付勢されていてもよい。図4に見られるように、磁石36は、言及された付勢を行うための片持ちばね部材40によって支持されていてもよい。本発明を逸脱することなく、磁石36を付勢するための他の構成、例えばコイルばね及びプランジャーの構成を使用してもよいことは、当業者であれば認識するであろう。
理解され得るように、一次ホール効果センサ38は、それが検出する磁場強度に比例した出力電圧信号を生成する。磁石36に関連した対象の磁場のみを一次ホール効果センサ38が検出するように、周囲磁場が存在せず、一次ホール効果センサ38によって検出不可能な場合、一次ホール効果センサ38により生成される一次出力信号は、チューブセグメント28内の流圧を表す。
本発明によると、輸液ポンプ10は、上流圧力センサ32に関連付けられた二次ホール効果センサ42と、下流圧力センサ34に関連付けられた別の二次ホール効果センサ44とを備えていてもよい。二次ホール効果センサ42は、一次ホール効果センサ38によって検出することのできる輸液ポンプ10付近の周囲磁場を検出するように、上流圧力センサ32の一次ホール効果センサ38の近くに配置される。二次ホール効果センサ42は、それが検出する磁場強度に比例した二次出力電圧信号を生成する。二次ホール効果センサ42は、チューブセグメント28の内部と外部との間の圧力平衡に対応する公称出力信号値を有し、磁石36の対象の磁場をセンサが検出することによってのみ作動する(すなわち、周囲磁場は検出されない)。二次ホール効果センサ42により生成される出力信号は、周囲磁場の不在下における磁石36の移動量限界に対応する公称値に関して既知の変動範囲を有する場合もある。公称出力信号値及び変動範囲は、輸液ポンプ10の較正中に決定され、メモリに格納されてもよい。同様に、公称出力信号値及び変動範囲は、一次ホール効果センサ38について決定することもできる。較正情報に基づいて、周囲磁場の不在下で期待される二次出力信号の挙動を決定し、参照としてポンプメモリに格納してもよい。このように、ホール効果センサ42からの二次出力信号のサンプリング値をその期待値と比較することにより、上流圧力センサ32内のホール効果センサ38の一次出力信号に影響する周囲磁場の存在を検出することができる。同様の様式で、下流圧力センサ34に関連付けられた他方の二次ホール効果センサ44は、下流圧力センサ34内のホール効果センサ38の一次出力信号に影響する周囲磁場の存在を判定するための基準となる出力信号を提供する。
本発明のある実施形態において、2つの一次ホール効果センサ38、38と、2つの二次ホール効果センサ42、44とは、同じプリント基板50上に配置されていてもよい。図3は、様々なホール効果センサの可能性のある位置配置を例示する。ここから分かるように、上流圧力センサ32はポンプ10のドアヒンジ13付近側にあり、関連した一次ホール効果センサ38は、上流圧力センサ32の磁石36直下でPCB 50の上面に実装されている。対応する二次ホール効果センサ42は、ポンプ収容部の外側で発生する周囲場を検出するために、よりヒンジ13の近くでPCB 50に実装されてもよい。例示した実施形態に示されているように、二次ホール効果センサ42は、ヒンジ13に最も近いPCBの側縁に隣接してPCB 50の底面に実装されてもよい。下流圧力センサ34は、ポンプ10の反対側のドアラッチ15近くにある。このように、図3に示されるような、PCB 50上の下流圧力センサ34の一次ホール効果センサ38と対応する二次ホール効果センサ44との鏡像実装配置を使用することができる。
図5は、本発明を具現する圧力感知システムに関連した電子回路を示す概略的なブロック図である。信号処理電子機器60は、一次ホール効果センサ38、38及び二次ホール効果センサ42、44により生成されたアナログ電圧信号をディジタル形態に変換するためのアナログ−ディジタル変換回路を含み得る。信号処理電子機器60は、マイクロプロセッサに、二次ホール効果センサ42、44からのディジタル化された出力信号を、ポンプ較正中にメモリ62に格納された期待信号値と比較させ、その比較が周囲磁場の存在を示すかどうかに基づいて1つ以上の修正処置を講じさせる、格納された命令を実行するプログラムされたマイクロプロセッサ更に含んでもよい。この点で、信号処理電子機器60により実行され得るプログラミング論理の概括的例示について図6を参照する。工程70において、二次ホール効果センサ42及び44からの二次出力信号がサンプリングされる。工程72では、サンプリングされた二次信号値が期待信号値と比較される。決定ブロック74は、サンプリングされた信号値の期待信号値に対する偏差が、周囲磁場が存在することを示すかどうかに基づいて、フローを分岐させる。否の場合、フローは工程70に戻る。決定ブロック74において周囲磁場が見出された場合、フローは工程76に進み、ここで1つ以上の修正処置が講じられる。修正処置は、信号処理電子機器60によって実行されるプログラムされた工程、又はポンプ操作者によって行われる工程であってもよい。
可能性のある1つの修正処置は、二次出力信号に基づいて流圧の計算を調節することである。例えば、下流圧力センサ34に関連付けられた二次ホール効果センサ44が周囲磁場を検出した場合、下流圧力センサ34の対応する一次ホール効果センサ38によって生成された一次出力信号を調節して、検出された周囲磁場を補償することができる。言い換えれば、一次出力信号は、磁石36の寄与のみを反映し、周囲磁場からの影響を排除する、補正された値に調節され得る。このようにして、一次出力信号に相関した圧力は、測定されているチューブセグメント28内の流圧を正確に反映することになる。
別の可能性のある修正処置は、ポンプ操作者に周囲磁場の存在を示す周囲場アラーム64をトリガすることである。ポンプ操作者は、次いで、周囲磁場源を決定し、ポンプを磁場源から遠ざけること又は磁場源をポンプから遠ざけることのいずれかによって輸液ポンプを周囲磁場から引き離すことによる、更なる修正処置を講じてもよい。
ポンプ10は、圧力センサ32、34のいずれかが閉塞を検出したときにトリガされる閉塞アラーム66を既に含んでいるため、周囲磁場が検出されたときに同じアラーム66がトリガされてもよいが、これは、閉塞ではなく周囲磁場が存在することを操作者に伝える異なる様式のものである。
本発明を例示的な実施形態との関連で説明してきたが、詳細な説明は、本発明の範囲を記載された特定の形態に限定することを意図するものではない。本発明は、本発明の範囲内に含まれ得る説明された実施形態の代替例、修正例、及び均等物を対象とすることが意図される。
Claims (9)
- 輸液ポンプに接続されたチューブを通して流体をポンピングするように動作可能な前記輸液ポンプであって、前記輸液ポンプが、
前記チューブ内の流圧を測定するための少なくとも1つの圧力センサであって、前記圧力センサが、対象の磁場を有する磁石、及び一次ホール効果センサを含み、前記磁石が、前記チューブの径方向の収縮及び拡張に応答して前記一次ホール効果センサに対して相対的に移動するように配置されており、前記一次ホール効果センサが、それにより検出された磁場強度に比例した一次出力信号を生成し、前記一次出力信号が、前記一次ホール効果センサが単独で前記対象の磁場を検出したときの前記チューブ内の流圧を表す、圧力センサと、
前記一次ホール効果センサによって検出することのできる前記輸液ポンプ付近の周囲磁場を検出するように配置された少なくとも1つの二次ホール効果センサであって、前記二次ホール効果センサが、それにより検出された磁場強度に比例した二次出力信号を生成する、二次ホール効果センサと、を備え、
前記周囲磁場の存在が、前記二次出力信号に基づいて判定される、輸液ポンプ。 - 前記チューブに係合して前記チューブを通る、流れ方向への流体の流れを引き起こすためのポンピング機構を更に備え、前記少なくとも1つの圧力センサが、前記ポンピング機構から上流に位置する上流圧力センサと、前記ポンピング機構から下流に位置する下流圧力センサと、を備える、請求項1に記載の輸液ポンプ。
- 前記少なくとも1つの二次ホール効果センサが、前記上流圧力センサに関連付けられた上流二次ホール効果センサと、前記下流圧力センサに関連付けられた下流二次ホール効果センサとを備える、請求項2に記載の輸液ポンプ。
- プリント基板を更に備え、前記上流圧力センサの前記一次ホール効果センサ、前記下流圧力センサの前記一次ホール効果センサ、前記上流二次ホール効果センサ、及び前記下流二次ホール効果センサが、前記プリント基板に実装されている、請求項3に記載の輸液ポンプ。
- 前記プリント基板が、第1及び第2の面を反対側に有し、前記上流圧力センサの前記一次ホール効果センサ及び前記下流圧力センサの前記一次ホール効果センサが、前記プリント基板の前記第1の面に実装され、前記上流二次ホール効果センサ及び前記下流二次ホール効果センサが、前記プリント基板の前記第2の面に実装されている、請求項4に記載の輸液ポンプ。
- チューブ内の流圧を測定するための圧力センサを有する輸液ポンプの安全性を向上させる方法であって、前記圧力センサが、対象の磁場を有する磁石、及び一次ホール効果センサを含み、前記磁石が、前記チューブの径方向の収縮及び拡張に応答して前記一次ホール効果センサに対して相対的に移動するように配置されており、前記一次ホール効果センサが、それにより検出された磁場強度に比例した一次出力信号を生成し、前記一次出力信号が、前記一次ホール効果センサが単独で前記対象の磁場を検出したときの前記チューブ内の流圧を表し、前記方法が、
A)前記一次ホール効果センサによって検出することのできる周囲磁場を検出するための二次ホール効果センサを提供する工程であって、前記二次ホール効果センサが、それにより検出された磁場強度に比例した二次出力信号を生成する、提供する工程と、
B)前記二次出力信号を評価して、前記一次出力信号が周囲磁場に影響されているか否かを判定する工程と、
C)前記判定に応答して修正処置を講じる工程と、を含む、方法。 - 前記修正処置が、前記二次出力信号に基づいて前記流圧の計算を調節することを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記修正処置が、前記周囲磁場の存在を示すアラームをトリガすることを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記修正処置が、前記輸液ポンプを前記周囲磁場から引き離すことを含む、請求項6に記載の方法。
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